[发明专利]一种碳纤维火箭壳体表面涂层厚度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及火箭发动机制造过程中火箭发动机壳体表面涂层厚度的测量方法。

背景技术

火箭发动机在制造生产过程中，根据产品设计要求，火箭发动机壳体表面需要涂覆防护涂层如抗激光涂层、防热涂层、防静电涂层、面漆等等，同时也提出了涂层厚度的要求。为此，需要在产品制造生产过程中，对涂覆防护涂层的厚度进行测试。对于钢壳体固体火箭发动机，其表面涂层厚度可使用磁性原理测厚仪进行测量，当探头与涂覆层接触时,探头的磁头与磁性金属基体构成一个闭合磁路,由于非磁性涂覆层的存在,使磁路磁阻变化,导致磁通量变化。一般涂覆层厚度越厚,磁通量越小,感应电动势越小。通过测量其变化,可计算出涂覆层的厚度。但是对于碳纤维火箭壳体采用磁性原理测厚仪无法进行测量。目前采用测量方法是：在火箭壳体卧式状态下，以火箭壳体前后裙或前后机口作为支撑基准，在壳体外装配平行于火箭壳体中心轴的水平定位测量工装，在确定具体测量点后，采用深度尺测量涂层涂覆前后火箭壳体该点到水平定位测量工装的距离尺寸，二者的距离差即为涂层厚度值。由于在火箭壳体前后裙或前后开口支撑水平定位测量工装采用螺纹连接，对于大型火箭发动机壳体而言，其水平定位测量工装长度较大，致使该方法的测量值精度无法保证，只是一个参考值。

电涡流原理测厚仪是通过高频交流信号在探头线圈中产生电磁场，探头靠近导体时，可在导体内部产生涡流，探头距离导体越近，则涡流越大，反射抗阻也越大，通过反馈作用量可表征出探头与导电基体之间距离的大小，即涂层厚度。电涡流原理测厚仪多应用于非磁性金属表面非导电镀层、镀膜的测厚，如测量铜、铝、锌、等非磁性金属表面漆膜、搪瓷、珐琅、阳极化膜等非导电材料厚度。由于碳纤维为导电高分子材料，从原理上可使用电涡流原理测厚仪对其表面非导电涂层厚度进行测量，但碳纤维复合材料与非磁性金属材料导电性能差异较大，同时由于碳纤维缠绕成型的火箭发动机壳体壁厚不均匀，因此采用电涡流原理测厚仪应用于碳纤维火箭发动机壳体非导电涂层的测厚不同于于非磁性金属表面镀层、镀膜的测厚，截止目前未见有相关技术报导。

发明内容

本发明针对碳纤维火箭壳体提供了采用一种电涡流原理测厚仪测试火箭壳体表面非导电涂层的测试方法。

本发明的测试方法是制作与碳纤维火箭壳体材料相同等厚度的校准对比样块，将其一块或一部分按碳纤维火箭壳体涂覆涂层相同的工艺涂覆涂层，采用卡尺分别测得未涂覆涂层对比样块和涂覆涂层对比样块的厚度，通过涂覆涂层对比样块的厚度减去未涂覆涂层对比样块的厚度，得到涂覆涂层的厚度L0。采用电涡流原理测厚仪测量未涂覆涂层对比样块的厚度，得到测量值L1,将该测量值定义L1为基准值，采用电涡流原理测厚仪测量未涂覆涂层对比样块的厚度，得到测量值L2，可计算测量值校准系数K，K＝L0/(L2-L1)。针对对应确定厚度的火箭壳体实体测量，采用电涡流原理测厚仪进行测量，得到测量值L3,将L3进行修正计算，得到实体测量值L＝K(L3-L1)。因此本发明的测量方法包括，校准对比样块制作，基准值校准和测量值校准，实体测量。

本发明对应火箭壳体轴向厚度的不同，制作相应不同厚度的校准对比样块，针对每一火箭壳体的具体厚度的实体测量，均要进行基准值校准和测量值校准；测量方法为：1)校准对比样块制作，根据工艺要求和火箭壳体前后封头、筒体厚度的不同，对应火箭壳体轴向确定需要进行测量的位置，针对火箭壳体轴向所确定的测量位置确定其对应的碳纤维火箭壳体的厚度，分别用碳纤维火箭壳体材料制作对应厚度的标准样块两块，用卡尺测量其厚度，并标记或记录；其中一块按工艺要求涂覆涂层，再用卡尺测量其厚度，减去其未涂敷涂层的厚度，得到涂层厚度L0，标记或记录。2)基准值校准和测量值校准，针对火箭壳体不同厚度的实体测量前，均应进行基准值校准和测量值校准；选择对应测量火箭壳体厚度的校准对比样块，先选择未涂敷涂层的校准对比样块，先采用电涡流原理测厚仪进行测量，得到测量值L1,将该测量值定义L1为基准值，标记或记录；再选择涂敷涂层的校准对比样块，采用电涡流原理测厚仪进行测量，得到测量值L2，计算测量值校准系数K，K＝L0/(L2-L1)，标记或记录。3)实体测量,针对对应确定厚度的火箭壳体实体测量，采用电涡流原理测厚仪进行测量，得到测量值L3,计算实体测量值L＝K(L3-L1)，L即是涂层的厚度，记录；进行下一火箭壳体厚度处涂层厚度的测量。